[論文レビュー] Weak localization and Anomalous Hall Effect in Chemically Disordered L10-Mn1.5Ga

Lijun Zhu, Da Pan+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2013

Magnetic properties of thin films被引用数 30

ひとこと要約

本研究は、化学的に不規則な L10-Mn1.5Ga 単結晶における異常ホール効果（AHE）を調査し、欠陥が AHE における歪散乱寄与を支配しており、フォノンやマグノンを上回っていることを明らかにした。長距離化学的秩序の崩壊は、バンドトポロジーを変化させることで、内在的 AHE を強く抑制し、従来のスケーリング則に反することを示し、磁性材料における AHE 機構の理解を洗練させた。

ABSTRACT

The anomalous Hall effect (AHE) in perpendicularly magnetized L10-Mn1.5Ga single-crystalline films is investigated as a function of degree of long-range chemical ordering and temperature. Our results provide firm evidence that weak localization, phonons and magnons have negligibly smaller effect on skew scattering contributions to AHE resistivity than defects, the overlook of which in conventional scaling laws results in significant discrepancies and exponent n beyond 2 when fitting the data. We find that the broken of long-range chemical ordering strongly affects both intrinsic and extrinsic contributions of AHE conductivity, e.g., it greatly suppresses intrinsic contributions by influencing the topology of the band structures. Our results are of great importance for both physical understanding and technological engineering of the AHE.

研究の動機と目的

• L10-Mn1.5Ga における異常ホール効果（AHE）の内在的および外的寄与を調整する要因としての長距離化学的秩序の役割を理解すること。
• フォノンやマグノンを超える主要な散乱メカニズムを同定することで、従来の AHE スケーリング則の不一致を解消すること。
• 不規則な磁性薄膜における欠陥、フォノン、マグノンの歪散乱への相対的寄与を明確化すること。
• 化学的不規則性がバンド構造およびトポロジーに与える影響を調査し、それによって内在的 AHE 電導度に及ぼす影響を明らかにすること。
• 垂直磁性 L10-Mn1.5Ga における AHE の物理的枠組みを洗練させ、基礎的知見およびデバイス応用に貢献すること。

提案手法

• 長距離化学的秩序の度合いを系統的に変化させた L10-Mn1.5Ga 単結晶薄膜における AHE 電気抵抗の測定。
• 温度依存輸送測定を用いて、歪散乱に寄与する欠陥、フォノン、マグノンの寄与を分離する。
• スケーリング則を用いた AHE 電導度の分析により、予測された指数と実験データを比較する。
• 構造的不規則性（長距離秩序パラメータを用いて）とバンド構造トポロジーの変化、AHE 応答への関連を相関分析する。
• 不規則系における電子散乱メカニズムの評価に、弱い局在効果をプローブとして用いる。
• バンド構造計算から得た内在的 AHE 項目と実験的電導度傾向を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L10-Mn1.5Ga の異常ホール効果において、欠陥はフォノンやマグノンに比べて歪散乱にどの程度寄与しているか？
• RQ2 長距離化学的秩序の崩壊は、内在的異常ホール電導度をどの程度抑制するか？
• RQ3 なぜ従来の AHE スケーリング則を不規則な L10-Mn1.5Ga 薄膜に適用すると、指数 n > 2 の値が得られるのか？
• RQ4 化学的不規則性はバンド構造トポロジーをどのように変化させ、内在的 AHE 寄与に影響を与えるか？
• RQ5 電子散乱メカニズム（欠陥 vs. 格子励振）の相対的影響は、全体の AHE 電気抵抗にどの程度寄与しているか？

主な発見

• L10-Mn1.5Ga の異常ホール効果において、欠陥が歪散乱の主因であり、フォノンやマグノンの寄与を著しく上回っている。
• 長距離化学的秩序の抑制は、電子バンド構造のトポロジーを変化させることで、内在的 AHE 電導度を強く低下させる。
• 従来のスケーリング則は、歪散乱における欠陥の主導的役割を無視しているため、不規則な薄膜における AHE データを正確に記述できない。
• スケーリングフィットで観察される指数 n > 2 は、内在的メカニズムに起因するのではなく、欠陥による歪散乱の無視に起因する。
• 化学的不規則性は、内在的 AHE 寄与に顕著な低下を引き起こし、構造的秩序とトポロジカルな電子状態の間の直接的な関連を示している。
• 弱い局在効果は歪散乱にほとんど寄与しないことから、この系では欠陥による電子散乱が主なメカニズムであることが確認された。